Modelos Atômicos

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Modelos Atoˆmicos.
Luan Bottin de Toni
Disciplina: Qu´ımica Fundamental A - Turma D
1 de julho de 2017
Resumo
A questa˜o da composic¸a˜o fundamental da mate´ria levou filo´sofos da Gre´cia antiga a` con-
cepc¸a˜o de uma part´ıcula indivis´ıvel chamada a´tomo. Desde enta˜o, va´rios cientistas tentaram des-
creveˆ-lo por meio de modelos baseados em experimentos. Por serem falhos em alguns aspectos,
tais modelos precisavam ser corrigidos por outros modelos levando a um grande avanc¸o da cieˆncia
e compreensa˜o da mate´ria.
1 Introduc¸a˜o
O conceito de a´tomo foi introduzido pe-
los filo´sofos gregos Democritus e Leucippus no
se´culo V A.C. como sendo part´ıculas indivis´ıveis
e muito pequenas que constituem a mate´ria,
ou seja, acreditava-se que o a´tomo na˜o pode-
ria ser dividido em part´ıculas menores. Pore´m,
hoje sabemos que os a´tomos sa˜o constitu´ıdos de
um nu´celo positivamente carregado envolvido por
ele´trons negativamente carregados. Por sua vez,
os pro´tons e neˆutrons que constituem o nu´cleo po-
dem ser divididos em particulas mais elementares,
como os quarks.
Tal ideia de um a´tomo indiv´ısivel que consti-
tui toda mate´ria era fundada principalmente em
questo˜es filoso´ficas e teolo´gicas, sem fazer uso de
evideˆncias experimentais, o que dificultava muito
a crenc¸a das pessoas em tal teoria. A partir do
se´culo XIX, na tentativa de explicar corretamente
a estrutura do a´tomo, cientistas criaram va´rios
modelos atoˆmicos para facilitar a compreensa˜o
do comportamento e propriedades de tais a´tomos.
Foi grac¸as a estas tentativas, muitas vezes incor-
retas em uma visa˜o minuciosa, que hoje compre-
endemos o a´tomo de maneira muito satisfato´ria.
2 Modelo de Dalton
Baseando-se em observac¸o˜es qu´ımicas feitas
em laborato´rio entre 1803 e 1807, John Dalton
propoˆs sua teoria, onde o a´tomo e´ uma minu´scula
esfera macic¸a, impenetra´vel, indestrut´ıvel e indi-
vis´ıvel, conhecido como ”bola de bilhar”. Este
na˜o e´ um conceito totalmente novo visto que os
gregos antigos propuseram que toda mate´ria e´
composta de pequenos e indivis´ıveis objetos.
Sua teoria foi baseada em quatro postulados:
• 1: Cada elemento e´ composto por part´ıculas
muito pequenas chamadas a´tomos.
• 2: Todos a´tomos de um mesmo elemento
sa˜o ideˆnticos, mas o a´tomo de um elemento
e´ diferente dos a´tomos de todos os outros,
ou seja, e´ u´nico.
• 3: A´tomos de um elemento na˜o podem se
transformar em a´tomos de outro elemento
por reac¸o˜es qu´ımicas; tambe´m na˜o podem
ser destru´ıdos ou criados.
• 4: Um composto e´ formado quando a´tomos
de mais de um elemento sa˜o combinados; o
composto sempre possui o mesmo nu´mero
relativo e tipo de a´tomos.
A teoria apresentada por Dalton explica, pelo
postulado 3, a lei da conservac¸a˜o de massa, co-
nhecida na e´poca, onde diz que a massa total dos
materiais presentes apo´s uma reac¸a˜o qu´ımica e´
a mesma massa total presente antes da reac¸a˜o.
Tal lei, tambe´m conhecida como lei de Lavoisier,
pode ser descrita de maneira filoso´fica pela famosa
1
frase: ”Na natureza nada se cria e nada se perde,
tudo se transforma”.
O postulado 4 explica a lei de Proust ou lei
das proporc¸o˜es constantes, onde diz que as massas
dos reagentes e as massas dos produtos que par-
ticipam de uma reac¸a˜o qu´ımica obedecem sempre
a uma proporc¸a˜o constante; esta proporc¸a˜o e´ ca-
racter´ıstica de cada reac¸a˜o, ou seja, independe da
quantidade de reagentes utilizados.
Ale´m de explicar essas conhecidas leis da
qu´ımica, o modelo atoˆmico de Dalton permitiu-o
ainda deduzir a lei das proporc¸o˜es mu´ltiplas. Tal
lei baseia-se na lei de Proust, e diz que quando
elementos qu´ımicos se combinam, fazem-no numa
raza˜o de pequenos nu´meros inteiros. Por exem-
plo, nunca iremos achar na natureza um elemento
como o CO1.5, apenas CO1 ou CO2.
Figura 1: Modelo atoˆmico de Dalton; os a´tomos
sa˜o esferas indestrut´ıveis; cada elemento possui
um tipo diferente de a´tomo.
3 Modelo de Thomson
Ao estudar o tubo de raios cato´dicos, que
consiste na radiac¸a˜o produzida entre dois eletro-
dos em um tubo de vidro quase sem ar ao aplicar
uma voltagem, observou-se que tais raios eram
desviados na presenc¸a de campo ele´trico. Joseph
John Thomson notou que os raios cato´dicos sa˜o os
mesmos para diferentes materiais, e descreveu-os
como part´ıculas carregadas negativamente, apo´s
chamados de ele´trons. Com isso, Thomson sabia
que os a´tomos deveriam ser constitu´ıdos por tais
part´ıculas negativas, apesar de o a´tomo como um
todo ser eletricamente neutro.
Com a descoberta do ele´tron, Thomson propoˆs
seu modelo do a´tomo, em 1904. Tambe´m conhe-
cido como ”pudim de passas”(figura 2), o modelo
mostra o a´tomo como uma esfera de carga ele´trica
positiva composta por ele´trons de carga nega-
tiva. Este modelo introduz a natureza ele´trica
da mate´ria e derruba a ideia, presente no modelo
de Dalton e na filosofia antiga, de que o a´tomo e´
indivis´ıvel e elementar.
Figura 2: Modelo atoˆmico de Thomson; esfera de
carga ele´trica positiva composta por ele´trons de
carga negativa, semelhante a um pudim de pas-
sas.
Seu modelo explica a pequena contribuic¸a˜o
dos ele´trons para a massa total do a´tomo, uma vez
que na e´poca era conhecida a massa do ele´tron.
Com isso em mente, Thomson supoˆs tambe´m que
os ele´trons contribuem para uma mesma frac¸a˜o
pequena do tamanho do a´tomo.
As o´rbitas dos ele´trons eram estabilizadas pelo
fato de que ao se afastarem do centro da esfera
positivamente carregada estariam sujeitos a` uma
maior forc¸a de atrac¸a˜o, pois haveria mais cargas
positivas em sua o´rbita.
Apesar de melhorar o modelo proposto por
Dalton, sua teoria na˜o durou muito tempo, sendo
derrubada por seu aluno Ernest Rutherford.
4 Modelo de Rutherford
Em 1908, quando Ernest Rutherford lecio-
nava em Manchester, pediu a dois de seus alu-
nos, Johannes Wilhelm Geiger e Ernest Mars-
den, que bombardeassem uma folha fina de ouro
com radiac¸a˜o alfa e medissem o espalhamento
dessas part´ıculas. Este experimento ficou conhe-
2
cido como experimento Geiger-Marsden, ou expe-
rimento da folha de ouro.
Segundo o modelo atoˆmico de Thomson o feixe
de part´ıculas deveria atravessar sem grandes des-
vios pela folha de ouro, devido ao alto momentum
linear das part´ıculas e baixa concentrac¸a˜o das car-
gas positivas. De fato, grande parte das part´ıculas
passaram reto pela folha, mas algumas foram es-
palhadas a grandes aˆngulos. Ao repetir o expe-
rimento com outros materiais, constatou-se que
quanto maior a massa atoˆmica do material, maior
era o aˆngulo de espalhamento das part´ıculas alfa.
O experimento levou Rutherford a concluir
que a carga positiva do a´tomo deveria estar con-
centrada em um pequeno volume no espac¸o para
produzir um campo ele´trico suficientemente in-
tenso a fim de desviar as part´ıculas a tais aˆngulos.
Assim, ele propoˆs seu modelo planeta´rio do a´tomo
(figura 3) onde uma nuvem de ele´trons orbita um
pequeno e compacto nu´cleo de cargas positivas.
Figura 3: Modelo atoˆmico de Rutherford; ele´trons
orbitam um compacto nu´cleo de carga positiva.
Neste modelo, a maior parte do a´tomo esta´
vazia, sendo que praticamente toda sua massa se
concentra no nu´cleo, que e´ 10.000 vezes menor que
o a´tomo. Esta estimativa e´ baseada no fato de que
o raio atoˆmico e´ a distaˆncia aproximada entre o
nu´cleo do a´tomo e sua camada de valeˆncia, tal
medida na˜o e´ exata e depende fortemente de sua
carga nuclear efetiva.
O grande problema do modelo de Rutherford
e´ que este na˜o explica a estabilidade do a´tomo.
Sabe-se que cargas aceleradas emitem radiac¸a˜o
(energia), sendo assim, ele´trons orbitando em mo-
vimento circular deveriam perder energia e, de
acordo com a f´ısica cla´ssica, sua trajeto´ria forma-
ria uma espiral em direc¸a˜o ao nu´cleo. Se os a´tomo
fossem,de fato, como o modelo de Rutherford,
toda a mate´ria de desintegraria em uma frac¸a˜o de
segundo.
5 Modelos posteriores
Na tentativa de melhorar o modelo atoˆmico
de Rutherford, Niels Bohr utilizou a teoria da
mecaˆnica quaˆntica desenvolvida por Max Planck
para desenvolver seu modelo atoˆmico, que con-
sistia em o´rbitas espec´ıficas para os ele´trons or-
bitarem o nu´cleo, cada o´rbita com energia bem
definida, e em uma mudanc¸a de o´rbita ocorria a
emissa˜o ou absorc¸a˜o de um pacote de energia, ou
quanta, com o valor de energia correspondente a`
diferenc¸a de energia entre as duas o´rbitas. O mo-
delo de Bohr explicava a estabilidade do a´tomo
e podia prever as linhas espectrais do hidrogeˆnio,
mas falhava ao aplica´-lo em a´tomos com maior
nu´mero de ele´trons.
Em 1924, Louis De Broglie propoˆs que os
ele´trons (e todas as part´ıculas em movimento) se
comportavam tambe´m como onda. A partir disso,
Erwin Schro¨dinger, em 1926, descreveu o ele´tron
como uma func¸a˜o de onda em sua famosa equac¸a˜o:
− ~
2m
∇2Ψ + V Ψ = i~∂Ψ
∂t
. (1)
Essa abordagem, quase puramente ma-
tema´tica, previu corretamente linhas espectrais
onde o modelo de Bohr falhou. Pore´m, seu mo-
delo era dif´ıcil de visualizar fisicamente. Max
Born propoˆs que a func¸a˜o de onda de Schro¨din-
ger na˜o descrevia o ele´tron, e sim seus poss´ıveis
estados, sendo poss´ıvel calcular a probabilidade
de encontra´-lo em uma dada posic¸a˜o ao redor do
nu´cleo.
6 Conclusa˜o
Desde a Gre´cia antiga filo´sofos e cientistas
veˆm tentando descrever como a mate´ria e´ fun-
damentalmente feita. Desde enta˜o, va´rios mode-
los atoˆmicos foram propostos com base em ex-
perieˆncias cient´ıficas. Apesar de descrever algu-
mas propriedades do a´tomo, sempre haviam fa-
lhas nos modelos criados, sendo corrigidos poste-
3
riormente devido ao avanc¸o da cieˆncia. A des-
coberta do ele´tron, que na˜o havia sido conside-
rado por Dalton, levou Thomson ao seu modelo
”pudim de passas”, incluindo-os no a´tomo. Apo´s,
Rutherford observou que as cargas positivas de-
veriam estar concentradas em um nu´cleo e mon-
tou seu modelo planeta´rio. Mais recentemente,
a mecaˆnica quaˆntica e a dualidade onda-part´ıcula
da mate´ria levou a` interpretac¸a˜o probabil´ıstica de
Born da equac¸a˜o de Schro¨dinger.
Refereˆncias
[1] I.Brown, Theodore L., Chemistry: the central
science, 12a ed, 2012.
[2] WIKILIVROS; Introduc¸a˜o a`
Qu´ımica/Evoluc¸a˜o do modelo atoˆmico.
Dispon´ıvel em: https://pt.wikibooks.
org/wiki/Introdu%C3%A7%C3%A3o_%C3%
A0_Qu%C3%ADmica/Evolu%C3%A7%C3%A3o_
do_modelo_at%C3%B4mico. Acessado em
10/08/2016.
[3] WIKIPEDIA; Atomic theory. Dispon´ıvel em:
https://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_
theory. Acessado em 10/08/2016.
4
	Introdução
	Modelo de Dalton
	Modelo de Thomson
	Modelo de Rutherford
	Modelos posteriores
	Conclusão